3-2. Cinétiques de photo-régénération de la super-hydrophilie

La photo-régénération de la super-hydrophilie des films composites TiO2-SiO2 a été étudiée en fonction de la teneur en silice du revêtement et en fonction de la réactivité du sol de silice utilisé. Les figures VII-8 et VII-9 présentent les cinétiques de photo-régénération pour des films composites S2-X et S4-X, respectivement. Ces cinétiques sont comparées avec celle d’un film pur de TiO2. Pour ce dernier, la cinétique de photo-régénération montre un bi-régime. L’angle de contact diminue tout d’abord très lentement pendant une certaine durée d’exposition UV, puis chute de façon brutale pour atteindre un comportement super-hydrophile. En revanche, les cinétiques des films composites S2-20 et S2-40 s’effectuent de manière plus continue. A l’inverse aucune régénération n’est obtenue à court terme pour les films S2-60 et S2-80. Le bi-régime du film de TiO2 est expliqué par une décontamination photocatalytique initiale de la pollution organique superficielle par les paires électron-trou photo-générées, suivie des photo-réactions menant à la super-hydrophilie après un temps suffisant d’exposition UV [20,21]. Nous ne pouvons toutefois pas exclure que les réactions induisant la super-hydrophilie ne prennent pas également place partiellement pendant la décontamination carbonée initiale sans que leurs conséquences sur l’angle de contact ne soient observables. Dans le cas des surfaces composites S2-20 et S2-40, puisque les cinétiques de photo-régénération sont plus continues, il est possible que les deux phénomènes procèdent simultanément. La différence de comportement entre le film de TiO2 pur et ces films composites TiO2-SiO2 pourrait résulter d’une contamination carbonée moins importante des films composites au cours du vieillissement, comme en atteste un angle de contact initial systématiquement plus faible, mais également d’un nettoyage partiel plus performant, suite au

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rinçage à l’eau préliminaire, pour ces surfaces naturellement plus hydrophiles. L’absence de photo-régénération, ou une photo-régénération très lente, des films S2-60 et S2-80 pourrait s’expliquer par un écrantage des particules de TiO2 par les chaînes de silice, lequel inhiberait la décomposition photocatalytique de la contamination carbonée de surface.

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Figure VII-8: Évolution de l’angle de contact de l’eau en fonction du temps d’exposition aux UV pour les films composites S2-20 ( ), S2-40 ( ), S2-60 (∇) et S2-80 ( ), et un film de TiO2 pur ( ). Ces films ont été préalablement vieillis plus de deux mois sous atmosphère ambiante.

La figure VII-9 indique quant à elle que les films composites S4-X régénèrent leur super-hydrophilie sous exposition UV pour une teneur en silice allant jusqu’à 60 mol%. Seul le revêtement S4-80 ne montre pas de régénération. Pour les revêtements composites photo-hydrophiles, bien que le pouvoir photo-actif soit normalement plus intense pour des films riches en TiO2, la super-hydrophilie est approximativement atteinte après le même temps d’exposition (environ 30-40 minutes), quelle que soit la composition. En effet, l’angle de contact initial étant plus faible quand le film est pauvre en TiO2, ceci permet de régénérer plus rapidement un caractère super-hydrophile. Ainsi, on notera que ce sont les films composites S4-40 et S4-60 qui présentent les photo-régénérations les plus rapides (environ 20-25 minutes). Ces cinétiques plus rapides correspondent aux films présentant les plus faibles angles de contact après vieillissement. La photo-régénération rapide d’un film S4-60, confrontée à la non régénération d’un film S2-60 (figure VII-8), peut à son tour être discutée en termes de structure chimique des films composites. On

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rappellera que la réactivité de la silice dont est issu le film composite induit une modification de la structure des revêtements TiO2-SiO2 (voir chapitres V et VI). Un film issu d’un sol réactif de silice de type S2 est constitué de cristallites de TiO2 insérés dans une matrice dense de silice, alors qu’un film issu d’un sol de silice peu réactif de type S4 est composé de cristallites de TiO2 avec des chaînes de silice courtes et peu ramifiées greffées à leur surface. Cette dernière description suggère que des chaînes de silice peu développées réduisent l’écrantage des particules TiO2 vis-à-vis de la contamination carbonée à décomposer par voie photocatalytique. A l’inverse, le transport des paires électron-trou jusqu’à la surface du revêtement est certainement d’autant plus limité lorsque la matrice de silice est plus densifiée (cas S2), ce qui confère un caractère isolant au dépôt composite.

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Figure VII-9: Évolution de l’angle de contact de l’eau en fonction du temps d’exposition aux UV pour les films composites S4-20 ( ), S4-40 ( ), S4-60 (∇) et S4-80 ( ), et un film de TiO2 pur ( ). Ces films ont été préalablement vieillis plus de deux mois sous atmosphère ambiante.

Pour conclure, les résultats de photo-mouillage mettent en évidence que la super-hydrophilie naturelle et persistance des films composites peut être régénérée à l’aide d’une courte exposition UV, pour la majeure partie d’entre eux. De plus, ce processus photo-induit de régénération est optimisé quand la surface est préalablement rincée. Il est logique de prétendre que le rinçage de la surface est d’autant plus efficace que son hydrophilie est grande. Ainsi, la persistance des propriétés hydrophiles du revêtement permet également d’optimiser la photo-régénération. Les

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deux propriétés de surface des films composites TiO2-SiO2, que sont la persistance de la super-hydrophilie et le photo-mouillage, sont donc mise au service l’une de l’autre afin de maintenir les performances de mouillage.